專利名稱：用于施加激光輻射的裝置和用于投射線形的光分布的裝置的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種按照權利要求I的前序部分所述的裝置，用于對設置在工作區域內的工件的至少部分反射的或透明的區域施加激光輻射。本發明還涉及一種按照權利要求14的前序部分所述的裝置用以將投射線形的光分布，一種具有這種裝置的激光裝置和一種用于制造這種裝置的方法。
背景技術：
定義激光輻射的傳播方向指的是激光輻射的中心的傳播方向，當所述激光輻射沒有平面波或至少部分地是擴散的時尤其如此。對激光射束、光束、分光束或光線，如果沒有明確地另外說明，指的是幾何光學的非理想化的光線，而是一實際的光束，如例如具有高 斯輪廓或一變形的高斯輪廓或一頂帽輪廓的激光射束，它沒有無窮小的射束橫截面，而具有有延展的射束橫截面。透鏡或圓柱形透鏡的焦距指的是透鏡在真空中(折射率\=1)的焦距。這里還應該說明，在介質、例如空氣或玻璃中的折射率取決于發生折射的光的波長。因此以下用η (λ)表示折射率。這種相關性理論的介紹例如在Born、Max和Wolf、Emil的“Principles of Optics”,第7版、劍橋大學、劍橋1999年,第97頁等中找到。用于施加激光輻射的開頭所述類型的裝置長期以來就是已知的。例如借助于聚焦的光學裝置將激光輻射聚焦于工作區域，在其中例如應用激光輻射施加基質的層，以便產生化學反應或結構轉變等。但如果該層在使用的激光輻射的波長時只具有微小的光密度，則由現有技術已知的裝置是不大有效的，因為在這種情況下只有激光輻射的較小的一部分由層吸收。例如由DE 199 36 230 Al已知一種用于投射線形的光分布的開頭所述類型的裝置，在那里沿待投射的光分布的光的傳播方向在兩個基質上依次設置四個圓柱形透鏡陣列，其中在每個基質上入射面和射出面都設有一個陣列。全部的圓柱形透鏡構成相同的并且具有相同的焦距。基質的厚度從而在入射側的和射出側的陣列之間的間距分別對應于圓柱形透鏡在基質的材料中的焦距的兩倍或等于兩倍的焦距和材料的折射率的乘積。按這種方式各接連設置的圓柱形透鏡起雙重的望遠鏡作用，從而在一個平面內1:1投射設置在基質面各圓柱形透鏡的兩倍的焦距處的光分布，該平面以兩倍的焦距的距離設置在基質的后面。在這樣的布置結構中已經證明不利的是這樣的事實，即一方面只有在待投射的光分布以圓柱形透鏡的兩倍的焦距設置在基質之前時才能實現包含一定范圍的投射。此外對于相對于法線大角度射入的光束不可能合理地有助于投射。特別是利用這樣的由現有技術已知的裝置不可能令人滿意地投射沿線性縱向方向延展很大的線形的光分布，例如長度大于Im長的光分布。利用這樣的由現有技術已知的裝置并不令人滿意地投射
發明內容
本發明的目的在于提供一種用于施加激光輻射的開頭所述類型的裝置，它是更有效的。此外本發明的目的在于，提供一種用于投射線形的光分布的開頭所述類型的裝置，它是更有效和更通用的，特別是可以用于沿線形縱向方向延展很大的光分布的投射。此外應給出一種具有所述裝置的激光裝置。還應給出一種用于制造所述裝置的方法。按照本發明，在用于施加激光輻射的裝置方面通過一種開頭所述類型的具有權利要求I特征部分的特征的裝置、在用于投射線形的光分布的裝置方面通過一種開頭所述類型的具有權利要求14特征部分的特征的裝置、在激光裝置方面通過一種開頭所述類型具有權利要求21特征部分的特征的激光裝置以及在方法方面通過一種開頭所述類型具有權利要求23的特征的方法來實現所述目的。各從屬權利要求涉及本發明的優選的實施形式。按照權利要求I設定，光學裝置包括至少一個反射鏡，該反射鏡可以反射激光輻射的在工作區域內被反射的部分或激光輻射的穿過工作區域的部分，使得激光輻射的該部分至少部分地被導回工作區域。由此提高裝置的效率，因為將已經被使用一次用于加載的激光輻射的部分重新導回工作區域并且可以部分地再次被吸收。
為此可以設定，至少一第一反射鏡設置在工作區域的遠離激光光源的一側，它可以這樣反射激光輻射的穿過工作區域的部分，即將激光輻射的該部分至少部分地導回工作區域。此外可以設定，裝置附加于所述至少一個第一反射鏡在工作區域的面向激光光源的一側包括至少一個第二反射鏡，它可以反射激光輻射的由第一反射鏡反射的和至少部分穿過工作區域的一部分的一部分，而將激光輻射的該部分至少部分地導回工作區域。按這種方式可以將激光輻射多次導回工作區域。可選地可以設定，所述或各所述反射鏡只設置在工作區域的面向激光光源的一偵牝其中所述或各所述反射鏡可以反射激光輻射的在工作區域內反射的部分，使得激光輻射的該部分至少部分地被導回工作區域。該實施形式對于在這樣的待加載的材料是特別合適的，所述材料對于所使用的激光波長允許很小的透射或甚至不允許透射。可以設定，所述至少一個反射鏡具有一外部的和/或一內部的反射表面。例如可以將平面體或彎曲體的涂層的外表面和/或在一棱鏡或類似結構中的反射的內部表面用作為反射鏡。特別是可以通過棱鏡中的內部的反射實現兩個相互成90°角對接的反射鏡。按照權利要求14設定，D1=F1 · η ( λ )和 D2=F2 · η2 ( λ )其中D1是在第一陣列的各圓柱形透鏡的頂點連線與第二陣列的各圓柱形透鏡的頂點連線之間的間距，D2是在第三陣列的各圓柱形透鏡的頂點連線與第四陣列的各圓柱形透鏡的頂點連線之間的間距,F1是第一陣列和/或第二陣列的至少一個圓柱形透鏡的焦距，F2是第三陣列和/或第四陣列的至少一個圓柱形透鏡的焦距，H1 (λ)是第一基質在波長λ時的折射率，以及，η2 ( λ )是第二基質在波長λ時的折射率。通過這樣的構型可以達到，一方面待投射的光分布可以以比較任意的間距設置在裝置之前，而這對投射的質量沒有重要的影響。另一方面相對于法線成大角度射到裝置上的光束也可以有助于投射，從而也可以合理地投射沿線形方向延展很大的光分布。通過這樣的裝置可以實現這樣的光路，它類似于后向反射設置中的光路，只是在按照本發明的裝置中沒有發生反射，而是發生透射。因此與按權利要求14的裝置相結合得到一種“后向透射”。特別是還在通過裝置時消除了待投射的光的各個分量的相位關系。盡管如此仍保持光的至少個別分量的發散角，或變換成相應的會聚角。
本發明的其他的特征和優點根據下面結合附圖對各優選的實施例的說明變得明顯的，其中圖I示出按照本發明用于施加激光輻射的裝置的第一實施形式的示意性側視圖；圖2示出按照本發明用于施加激光輻射的裝置的第二實施形式的示意性側視圖；圖3示出按圖2中箭頭III的詳圖；圖4示出按照本發明用于施加激光輻射的裝置的第三實施形式的示意性側視圖；
圖5示出按照本發明用于施加激光輻射的裝置的第四實施形式的示意性側視圖；圖6示出按照本發明用于施加激光輻射的裝置的第五實施形式的示意性側視圖；圖7示出按照本發明用于投射線形的光分布的裝置的第一實施形式的示意性側視圖；圖8示出按照本發明用于投射線形的光分布的裝置的第二實施形式的示意性側視圖。
具體實施例方式各圖中相同的或功能相同的部件或光線設有相同的附圖標記。此外為了更好的定向在一些圖中畫出直角坐標系。激光輻射I來自未示出的激光光源，所述激光輻射在所示實施例中是準直的激光輻射I。應在工作平面內對基質的未示出的層中加載激光輻射I。該層例如對于所使用的激光輻射I的波長具有小的光學密度。這意味著，在激光輻射I通過該層時只有激光輻射I的較小的部分由該層吸收。圖I中示出的按照本發明用于施加激光輻射的裝置的實施形式在工作平面2的面向激光光源的一側包括第一透鏡3。第一透鏡3具有正的折光力并將激光輻射I聚焦于設置在工作平面2內的工作區域4內。為此第一透鏡3與工作平面2隔開間距設置，該間距相當于第一透鏡3的焦距F3。第一透鏡3例如構成為平凸透鏡。在工作區域4內激光輻射I的一部分由基質的未示出的層吸收。在工作平面2的遠離激光光源的一側設置第二透鏡5，它同樣具有正的折光力。第二透鏡5同樣與工作平面2隔開間距設置，該間距相當于第二透鏡5的焦距F5，焦距F3和F5在所示的實施例中是相同。第二透鏡5例如也構成為平凸透鏡。在第二透鏡5的遠離工作平面2的一側設置第一反射鏡6和第二反射鏡7，它們的反射面相互成90°的角度α。這里反射鏡6、7分別相對于工作平面2或激光輻射I成45°的角度定向。此外在第一透鏡3的遠離工作平面2的一側設置第三反射鏡8和第四反射鏡9，它們的反射面同樣相互成90°的角度，這里反射鏡8、9也分別相對于工作平面2或激光輻射I成45°的角度定向。不過第三和第四反射鏡8、9不相互鄰接，而在其中間具有空間10，激光輻射I可以通過該空間進入裝置中。此外第四反射鏡9較短，從而在第四反射鏡9的面向工作平面2的一側激光輻射11可以從第四反射鏡旁邊經過而離開裝置。因此第四反射鏡9不對稱地設置在裝置中。從圖I可見，射入的激光輻射I由透鏡3、5和反射鏡6、7、8、9這樣轉向，即其總共穿過工作區域4四次，由于四次穿過可以由未示出基質的層吸收較大量的激光輻射。同時激光輻射在裝置中兩次具有這樣的走勢，該走勢對應于“8”字。激光輻射在裝置的內部按其出現的順序用附圖標記la、lb、lc、Id、le、If、Ig和Ih標記。這里，激光輻射I在進入裝置中以后稱作激光輻射la。激光輻射Ia在穿過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光輻射lb。激光輻射Ib在第一和第二反射鏡6、7上反射以后稱作激光福射lc。激光福射Ic在芽過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光福射Id。激光輻射Id在第三和第四反射鏡8、9上反射以后稱作激光輻射le。激光輻射Ie在穿過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光輻射If。激光輻射If在第一和第二反射鏡6、7上反射以后稱作激光福射lg。激光福射Ig在芽過透鏡3、5和工作區域4以后稱作lh。激光輻射Ih在第三反射鏡8上反射以后作為激光輻射11從裝置中射出，激光輻 射11在圖I中向右離開裝置并由此與射入的激光輻射I成90°的角度。按這種方式避免從裝置中射出的激光輻射11的一部分向后向未示出的激光光源延伸。第二實施形式與第一實施形式的區別在于，裝置還包括多個透鏡陣列結構12、13、14、15。透鏡陣列結構12、13、14、15構造成相同的，但區別在于其彼此的位置和定向。圖3中示例性示出透鏡陣列結構12。透鏡陣列結構12和每個其他透鏡陣列結構13、14、15—樣包括兩個基質12a、12b，它們特別是由相同的材料制成并具有相同的折射率。第一基質12a在相互對置的側面上具有圓柱形透鏡18的第一陣列16和第二陣列17。第二基質12b在相互對置的側面上具有圓柱形透鏡18的第三陣列19和第四陣列20。特別是構成在第一基質12a上的第二陣列17貼靠在構成在第二基質12b上的第三陣列19上。各圓柱形透鏡18這樣定向，使得它們的圓柱軸線伸進圖3的圖平面內。各圓柱形透鏡18的焦距f都是相同的。這里第一陣列16的各圓柱形透鏡18的頂點連線到第二陣列17的各圓柱形透鏡18的頂點連線的間距D1等于焦距f與第一基質12a在激光輻射I的波長為λ折射率η ( λ )的乘積。此外第三陣列19的各圓柱形透鏡18的頂點連線到第四陣列20的各圓柱形透鏡18的頂點連線的間距D2同樣等于焦距f與第二基質12b在激光輻射I的波長為λ時的折射率η ( λ )的乘積。由此在每個基質12a、12b上構成一個厚的傅里葉透鏡的陣列，所述傅立葉透鏡是這樣的透鏡，在其中兩個用作為圓柱形透鏡18的折光面精確地按焦距f和折射率η ( λ )的乘積的間距D1、D2設置。因為在所示的實施例中全部圓柱形透鏡18的焦距f是相同的，而兩個基質12a、12b的折射率η ( λ)也是相同的，間距DjP D2同樣是相同的。特別還因為第二陣列17的各圓柱形透鏡18的頂點連線貼靠在第三陣列19的各圓柱形透鏡18的頂點連線上，作為裝置的總厚度D (見圖3)得出D=DfD2=S · f · η ( λ )因此在第一、第二、第三和第四陣列16、17、19、20上各有四個沿Z方向依次設置的圓柱形透鏡18構成起望遠鏡作用的通道，各單個望遠鏡放大率在所示的實施例中等于-I。對此設置在第二和第三陣列17、19中的中間的各圓柱形透鏡18用作為附加的物鏡，它們允許實現相對于法線成以大角度照射到透鏡陣列結構12上的光的投射。可選地，可以放棄中間的陣列17、19。在激光輻射多次通過沒有透鏡陣列結構的裝置的工作區域4時，如在圖I中所示，激光輻射的焦點的瑞利長度變得越來越小。這導致焦點在某些情況下相對于工作平面2向上或向下移動并由此降低了通過未示出的基質的層實現的吸收的效率。在按圖2的用于施加激光輻射的裝置中，透鏡12、13、14、15可以倒轉穿過它們的激光輻射的發散。這使得在按圖I的裝置中可觀察到的瑞利長度即使在基質從工作平面2中偏移時也不會發生改變。透鏡陣列結構12、13這樣定向，使得其圓柱形透鏡18的圓柱軸線伸進圖2的圖平 面內。相反透鏡陣列結構14、15這樣定向，使得其圓柱形透鏡的圓柱軸線在圖2的圖平面內延伸。因此透鏡陣列結構12、13和透鏡陣列結構14、15作用于激光輻射的橫截面的不同的軸線。按圖4的實施形式與按圖I的實施形式的區別在于，不存在設置在工作平面2的遠離激光光源的一側的第二透鏡5和設置在工作平面2的遠離激光光源的一側的反射鏡6、
7。因此該裝置適用于對具有至少部分反射性的表面的材料施加激光輻射。從圖4可見，射入的激光輻射I由透鏡3和反射鏡8、9這樣轉向，使得它總共兩次穿過工作區域4，由于兩次穿過，同樣可以由基質的未示的層吸收比一次施加的情況下大的激光輻射量。同時激光輻射在裝置中兩次具有這樣走勢，該走勢相當于變形的“O”字，激光輻射在裝置的內部按其出現的順序用附圖標記la、lb、lc、ld標記。這里激光輻射I在進入裝置中以后稱作激光輻射la。激光輻射Ia在工作平面2上反射以后稱作激光輻射lb。激光輻射Ib在第三和第四反射鏡8、9上反射以后稱作激光輻射Ic。激光輻射Ic在工作平面2上反射以后稱作激光輻射Id。激光輻射Id在第三反射鏡8上反射以后作為激光輻射11從裝置中射出。激光輻射11在圖4中向右離開裝置并由此與射入的激光輻射I成90°的角度。按這種方式避免了從裝置中射出的激光輻射11的一部分向后向未示出的激光光源延伸。不同于按圖I、圖2和圖4的實施形式，按圖5的實施形式代替平面的反射鏡6、7、
8、9具有彎曲的反射鏡6、7、8、9。反射鏡6、7、8、9可以例如具有拋物線形的或橢圓形的形狀。因此可以省去裝置內部的各透鏡。只設置將射入的激光輻射I聚焦于工作區域4內的第一透鏡3。在一次性的聚焦以后激光輻射不必再通過第一透鏡，因為彎曲的反射鏡6、7、8、9確保激光輻射在工作區域4內重新聚焦。通過這樣的構型大大減少了折射的次數，從而也減少了相應的損失。在該實施形式中第三和第四反射鏡8、9也不相互鄰接，而在其中間具有一空間10，激光輻射I可以通過該空間進入裝置中。此外第四反射鏡較短，從而在第四反射鏡的面向工作平面2的一側激光輻射11可以從第四反射鏡旁邊經過而離開裝置。因此在這里第四反射鏡9同樣不對稱地設置在裝置中。激光輻射在裝置的內部設有如在圖I和圖2中相同的標記la、lb、lc、ld、le、lf、lg和Ih并且也具有基本上相同的走勢，即兩次通過一個走勢，所述走勢對應于“8”字。
此外也存在這樣的可能性，即在按圖5用于施加激光輻射的裝置中設置透鏡陣列結構，如在按圖2的實施形式中的情況那樣。此外也還存這樣的可能性，即只在一側構成按圖5的實施形式，從而形成一適合于反射性介質的裝置，該裝置類似于按圖4的裝置。按圖6的第五實施形式與按圖I的實施形式的區別在于，代替第四反射鏡9設置構成為偏振立方體的偏振選擇的分束器21和構成為半波長小板的偏振旋轉器22。通過箭頭23示出，進入裝置中的激光輻射I具有處于圖6的圖平面內的偏振方向。偏振選擇的分束器21和偏振旋轉器22大致在第三反射鏡8的高度上設置在第一透鏡3之前，從而射入的激光輻射I在到達第一透鏡3上之前穿過偏振選擇的分束器21和偏振旋轉器22。這里偏振選擇的分束器21這樣構成和設置，即在圖6中從上面到達該分束器上的、具有在圖平面內延伸的偏振方向的光在圖6中向下自由穿過分束器21。通過緊接其后的偏振旋轉器22使偏振方向這樣旋轉，即，使偏振方向垂直于圖6的圖平面定向。
圖6中激光福射I在芽過偏振旋轉器22以后稱作激光福射la。激光福射Ia在芽過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光輻射lb，激光輻射Ib在第一和第二反射鏡6、7上反射以后稱作激光輻射lc。激光輻射Ic在穿過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光輻射Id0因為激光輻射Id具有垂直于圖6的圖平面定向的偏振，該激光輻射由偏振選擇的分束器21在圖6中向下反射。激光福射在第三反射鏡8和偏振選擇的分束器21上反射以后稱作激光福射le，緊接其后激光福射Ie芽過偏振旋轉器21并且在芽過以后稱作激光福射If。穿過偏振旋轉器22引起激光輻射If具有位于圖6的圖平面內的偏振方向。激光輻射If在穿過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光輻射lg。激光輻射Ig在第一和第二反射鏡6、7上反射以后稱作激光輻射lh。激光輻射Ih在穿過透鏡3、5和工作區域4以后稱作激光福射li。激光輻射Ii在第三反射鏡8上反射以后到達偏振選擇的分束器21上并且使其從分束器在圖6中向右自由地穿過，因為其偏振方向位于圖6的圖平面內。激光輻射作為激光輻射11從裝置中射出，位于圖平面內的偏振方向通過箭頭23示出。激光輻射11在圖I中向右離開裝置并由此相對于射入的激光輻射I成90°的角度。按這種方式避免了從裝置中射出的激光輻射11的一部分向后向未示出的激光光源延伸。因此在按圖6的實施形式中激光輻射也總共四次穿過工作區域4并同時在裝置中兩次具有一個走勢，該走勢對應于“8”字。此外也存在這樣的可能性，即，在按圖6的裝置中設置透鏡陣列結構，如在按圖2的實施形式中的情況那樣。此外也還存在這樣的可能性，即只在一側構成按6的實施形式，從而形成適合于反射性的介質的裝置，該裝置類似于按圖4的裝置。已經證明，參照圖3詳述的透鏡陣列結構12還可以用于投射線形的光分布。因此由圖7和圖8示出的用于投射線形的光分布的裝置特別對應于按圖3的透鏡陣列結構12。按圖7和圖8的裝置通常包括第一基質12a和第二基質12b。第一基質12a具有折射率H1 ( λ )，該折射率至少部分地和至少在一個波長λ下等于第二基質的折射率η2(λ )，特別是兩個基質12a、12b至少部分地由相同的材料構成。第一基質12a在沿Z方向相互對置的側面上具有圓柱形透鏡18的第一陣列16和第二陣列17。在第一陣列16中以及在第二陣列17中各圓柱形透鏡18分別沿X方向并排設并這樣定向，使得它們的圓柱軸線分別沿Y方向延伸或向圖7和圖8的圖平面內延伸。第二基質12b在沿Z方向相互對置的側面上具有圓柱形透鏡18的第三陣列19和第四陣列20。在第三陣列19中以及在第四陣列20中各圓柱形透鏡18分別沿X方向并排設置并這樣定向，使得它們的圓柱軸線分別沿Y方向延伸或向圖7和圖8的圖平面內延伸。第一、第二、第三和第四陣列16、17、19、20的各圓柱形透鏡18沿X方向分別具有相同的寬度b (見圖7)。構成在第一基質12a上的第二陣列17的各圓柱形透鏡18的頂點連線特別是貼靠(重合)在構成在第二基質12b上的第三陣列19的各圓柱形透鏡18的頂點連線上。第一和第二陣列16、17的各圓柱形透鏡18都具有相同的焦距匕。第三和第四陣 列19、20的各圓柱形透鏡18也都具有相同的焦距F2。特別是第一和第二陣列16、17的各圓柱形透鏡18的焦距F1等于第三和第四陣列19、20的各圓柱形透鏡18的焦距F2。這里，從第一陣列16的各圓柱形透鏡18的頂點連線到第二陣列17的各圓柱形透鏡18的頂點連線的間距D1等于焦距F1和第一基質12a的折射率Ii1 ( λ )的乘積。此外從第三陣列19的各圓柱形透鏡18的頂點連線到第四陣列20的各圓柱形透鏡18的頂點連線的間距D2等于焦距F2和第二基質12b的折射率n2 ( λ )的乘積。由此在每個基質12a、12b上構成一個厚的傅里葉透鏡的陣列，所述傅立葉透鏡是這樣的透鏡，在其中兩個用作為圓柱形透鏡18的折光面精確地按焦距f和折射率η ( λ )的乘積得到的間距Dp D2設置。因為在所示的實施例中，焦距F1等于焦距匕，而折射率ηι( λ )等于折射率η2( λ )，間距D1和D2同樣是相等的，因為特別是第二陣列17的各圓柱形透鏡18的頂點連線也貼靠在第三陣列19的各圓柱形透鏡18的頂點連線，作為裝置的總厚度D得出(見圖7)D=DfD2=] · F1 · Ii1 ( λ ) =2 · F2 · η2 ( λ )在第一、第二、第三和第四陣列16、17、19、20上各四個沿Z方向依次設置的圓柱形透鏡18因此構成起望遠鏡作用的通道。各單個望遠鏡的放大率在所示的實施例中等于-I。這里設置在第二和第三陣列17、19中的、中間的各圓柱形透鏡18用作為附加的物鏡，所述物鏡允許相對于法線成大角度到達裝置上的光投射。圖7示出兩個點形的光分布A、B通過按照本發明的裝置的投射。這里光分布A沿Z方向具有到裝置的間距La，La特別是表示在光分布A與這樣的平面之間的間距，第一陣列16的各圓柱形透鏡18的頂點連線位于該平面內(見圖7)。此外相應地光分布B沿Z方向具有到裝置的間距LB，LB特別是表示在光分布B與這樣的平面之間的間距。第四陣列20的各圓柱形透鏡18的頂點連線位于該平面內。為了說明投射過程示出從光分布A、B出發的光束Sa、Sb和在各圓柱形透鏡18上折射的光束Sa,、sb,。畫出的光束sa、Sb、Sa,、sb,示例性地示出并且符合幾何光學的理想化的光束。光分布A、B的投影在圖7中設有附圖標記A'、B'。該投影A'、B'到按照本發明的裝置的距離和光分布A、B完全一樣。這意味著，投影A'到一個平面具有間距La，在該平面內第二和第三陣列17、19的各圓柱形透鏡18的頂點連線相互重合。此外投影B'到一個平面具有間距匕，在該平面內第二和第三陣列17、19的各圓柱形透鏡18的頂點連線相互重合。已經證明，各投影不是點狀的，而沿X方向、即沿各圓柱形透鏡18并排設置的方向擴展成線。投影A'、B'沿X方向的寬度Ba,、Bb,，分別取決于各圓柱形透鏡18的寬度b、投影A'、B'到裝置的間距1^、1^的大小和光分布A、B的光的波長λ。特別適用下列公式Ba- = 2 ■ (b + -— ■ /j,t)( I )
b '和Bb, = 2-(h + --LiS)( 2 )
b·在各圓柱形透鏡18的寬度b相對于光分布A、B的光的波長較大的為時，因此投影k'、B'沿X方向的寬度Ba,、Bb,大致等于各圓柱形透鏡18的寬度b的兩倍。在點狀的光分布投射時，投影沿X方向的這樣的加寬可能起干擾的作用。但對沿X方向有較大延展的光分布情況是不同的。圖8示出了這種情況。按圖8的按照本發明的裝置的實施形式中與按圖7的實施形式的區別只在于，基質12a、12b沿X方向具有延展，即具有較大數量的并排設置的圓柱形透鏡18。圓柱形透鏡18的尺寸和數量只是示例性的并且完全可以與圖示不同。圖8示出在第一平面內的線形的光分布C，第一平面沿Z方向具有到按照本發明的裝置的間距LC，LC特別是表示在光分布C與這樣的平面之間的間距，第二和第三陣列17、19的各圓柱形透鏡18的頂點連線在平面內相互貼合。光分布C的寬度B。和間距Lc的大小只是示意性示出，它們可以具有完全不同于圖示的數值或比例。例如光分布C沿X方向的寬度B。可以為3m。此外光分布C到裝置沿Z方向的間距L。可以為lm。在假定示例性從光分布C出發的光束S。之間具有約11°的單側的發散(見圖8中角度β )時，在光分布C按照光束S。》的自由傳播時，即沒有按本發明的裝置，在距離2m以后得得到沿X方向為3. 8m的寬度Bc〃(見圖8)，畫出的光束SC、SC,、SC 在圖8中還示例性示出并且符合幾何光學的理想化的光束。各圓柱形透鏡18沿X方向的寬度b應為2mm。這種按照本發明的裝置以約Im的間距L。設置在光分布C的后面導致在第二平面內的投影C'，該平面到裝置的間距L。約為Im0在裝置上折射的各光束S。,,顯示了該投影。但投影C'沿X方向的寬度B。,在該假定的例子中只為3. 004m。因此這因為按公式(I)附加的寬度大致等于各圓柱形透鏡18的寬度b (=2mm)的兩倍。由此相對于原來的光分布C得到投影CT在約O. 1%范圍內的加寬。這樣的加寬在絕大多數的使用情況下是可忽視的。為了利用其他的由現有技術已知的裝置得到類似好的投射，必須采用復雜的光導體技術。
權利要求
1.一種用于對設置在工作區域(4)內的工件的至少部分反射性或透明的區域施加激光輻射(I)的裝置，包括 激光光源，用于產生激光輻射(I); 光學裝置，用于影響激光輻射(1)，使其轉入工作區域(4)內； 其特征在于，光學裝置包括至少一個反射鏡(6、7、8、9)，它能夠反射激光輻射(I)的在工作區域(4)內反射的部分或激光輻射(I)的穿過工作區域(4)的部分，使得激光輻射(I)的所述部分至少部分地被導回工作區域(4)。
2.按照權利要求I所述的裝置，其特征在于，光學裝置包括至少一個透鏡(3、5)，特別是具有正的折光力的透鏡(3、5)。
3.按照權利要求2所述的裝置，其特征在于，所述至少一個透鏡(3、5)設置在工作區域(4)和所述至少一個反射鏡(6、7、8、9)之間。
4.按照權利要求I至3之一項所述的裝置，其特征在于，至少一個第一反射鏡(6、7)設置在工作區域(4)的遠離激光光源的一側，第一反射鏡能夠這樣反射激光輻射(4)的穿過工作區域(4)的部分，使得激光輻射(I)的該部分至少部分地被導回工作區域(4)。
5.按照權利要求4所述的裝置，其特征在于，除了所述至少一個第一反射鏡，所述裝置在工作區域(4)的面向激光光源的一側包括至少一個第二反射鏡(8、9)，所述第二反射鏡能夠反射激光輻射(I)的由第一反射鏡(6、7)反射的并至少部分地穿過工作區域(4)的部分的一部分，使得激光輻射(4)的該一部分至少部分地被導回工作區域(4)。
6.按照權利要求I至3之一項所述的裝置，其特征在于，所述反射鏡(8、9)只設置在工作區域(4)的面向激光光源的一側，所述反射鏡(8、9)能夠反射激光輻射(I)的在工作區域(4)內反射的部分，使得激光輻射(I)的該部分至少部分地被導回工作區域(4)。
7.按照權利要求I至6之一項所述的裝置，其特征在于，光學裝置在工作區域(4)的一側或每側包括多于一個反射鏡(6、7、8、9 )。
8.按照權利要求7所述的裝置，其特征在于，多個設置在工作區域(4)的同一側的反射鏡(6、7、8、9)是相互傾斜的、特別是成90°的角度。
9.按照權利要求I至8之一項所述的裝置，其特征在于，所述至少一個反射鏡(6、7、8、9)是彎曲的、例如具有拋物線形的或橢圓形的橫截面。
10.按照權利要求I至9之一項所述的裝置，其特征在于，所述至少一個反射鏡(6、7、8、9)具有外部和/或內部的反射表面。
11.按照權利要求I至10之一項所述的裝置，其特征在于，該裝置包括至少一個偏振選擇的分束器(21)，由該分束器能將激光輻射(Id)反射到工作區域(4)中。
12.按照權利要求11所述的裝置，其特征在于，該裝置包括至少一個偏振旋轉器(22)，所述偏振旋轉器能夠使穿過分束器(21)之前和/或以后的激光輻射(l、le)的偏振方向旋轉，特別是旋轉90°。
13.按照權利要求I至12之一項所述的裝置，其特征在于，光學裝置包括至少一個透鏡陣列結構(12、13、14、15)，所述透鏡陣列結構這樣設置在裝置中，使得激光輻射(I)的穿過工作區域(4)的部分在轉回工作區域(4)中之前能穿過所述至少一個透鏡陣列結構(12、13、14、15)，通過所述至少一個透鏡陣列結構(12、13、14、15)能夠減少或防止激光輻射(I)的再次被導回工作區域(4)中的部分的焦點區域的瑞利長度減小。
14.一種用于使線形的光分布(C)從第一平面向第二平面內的投射的裝置，其中光分布(C)的光具有波長λ ,包括 至少部分透明的第一基質(12a)，第一基質(12a)在第一基質(12a)的相互對置的表面上具有圓柱形透鏡(18)的第一陣列(16)和圓柱形透鏡(18)的第二陣列(17)，以及 至少部分透明的第二基質(12b)，第二基質(12b)在第二基質(12b)的相互對置的表面上具有圓柱形透鏡(18)的第三陣列(19)和圓柱形透鏡(18)的第四陣列(20)； 其特征在于 D1=F1 · Ii1 ( λ )和 D2=F2 · η2 ( λ ) 其中D1是在第一陣列(16)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線與第二陣列(17)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線之間的間距，D2是第三陣列(19)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線與第四陣列(20)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線之間的間距，F1是第一陣列(16)和/或第二陣列(17)的至少一個圓柱形透鏡(18)的焦距,F2是第三陣列(19)和/或第四陣列(20)的至少一個圓柱形透鏡(18)的焦距，Ii1 ( λ )在波長λ時是第一基質(12a)的折射率，而n2 ( λ )是在波長λ時第二基質(12b)的折射率。
15.按照權利要求14所述的裝置，其特征在于，第一、第二、第三和第四陣列(16、17、19、20)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線沿一個方向(Z)相互對齊，所述方向對應于這樣的方向(Z)，第一和第二陣列(16、17)和/或第三和第四陣列(19、20)沿該方向相互對置地設置。
16.按照權利要求14或15之一項所述的裝置，其特征在于，第二陣列(17)的圓柱形透鏡(18)和第三陣列(19)的圓柱形透鏡(18)相互貼靠。
17.按照權利要求14至16之一項所述的裝置，其特征在于，第一陣列(16)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F1)是相等的和/或第二陣列(17)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F1)是相等的和/或第三陣列(19)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F2)是相等的和/或第四陣列(20)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F2)是相等的，特別是第一陣列(16)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F1)等于第二陣列(17)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F1)和/或第三陣列(19)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F2)等于第四陣列(20)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F2)、優選第一、第二、第三和第四陣列(16、17、19、20)的全部圓柱形透鏡(18)的焦距(F1J2)是相等的。
18.按照權利要求14至17之一項所述的裝置，其特征在于，第一、第二、第三和第四陣列(16、17、19、20)的全部圓柱形透鏡(18)的圓柱軸線是相互平行的。
19.按照權利要求14至18之一項所述的裝置，其特征在于，第一基質(12a)的折射率Cn1 ( λ ))等于第二基質(12b)的折射率(n2 ( λ ))。
20.按照權利要求14至19之一項所述的裝置，其特征在于，一些、優選全部圓柱形透鏡(18)是凸面的。
21.一種激光裝置，包括 激光光源，所述激光光源能夠以波長λ的光在第一平面內產生線形的光分布(C);以及 按照權利要求14至20之一項所述的裝置，該裝置能夠使光分布(C)從第一平面向第二平面投射。
22.按照權利要求21所述的激光裝置，其特征在于，線形的光分布(C)的線形延伸的方向(X)平行于各圓柱形透鏡(18)并排設置的方向(X)。
23.一種用于制造按照權利要求14至20之一項所述的裝置的方法，其特征在于下列方法步驟 確定待投射的光分布(C)的光的波長λ、特別是確定激光光源的光的波長λ，所述激光光源能夠以波長λ的光在第一平面內產生線形的光分布(C)， 在第一陣列(16)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線與第二陣列(17)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線之間的間距01的選擇以及在第三陣列(19)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線與第四陣列(20)的各圓柱形透鏡(18)的頂點連線之間的間距D2的選擇按照以下公式進行D1=F1 · Ii1 (入)和 D2=F2 · η2 (入)
全文摘要
本發明涉及一種用于對設置在工作區域(4)內的工件的至少部分反射的或透明的區域施加激光輻射(1)的裝置，包括激光光源，用于產生激光輻射(1)；光學裝置，用于影響激光輻射(1)，使其轉到工作區域(4)內；其中，光學裝置包括至少一個反射鏡(6、7、8、9)，所述發射鏡能反射激光輻射(1)的在工作區域(4)內反射的部分或激光輻射(1)的穿過工作區域(4)的部分，使得激光輻射(1)的所述部分至少部分地被導回工作區域(4)。
文檔編號B23K26/00GK102844143SQ201180015320
公開日2012年12月26日 申請日期2011年3月23日 優先權日2010年3月24日
發明者V·利索特申克, A·米哈伊洛夫, N·約雷明, Y·科羅圖史金 申請人:Limo專利管理有限及兩合公司